土是土粒（固体相），水（液体相）和空气（气体相）三者所组成的。土的物理性质就是研究三相的质量与体积间的相互比例关系以及固、液两相相互作用表现出来的性质。

土的三相组成实际上是混合分布的，为了使三相比例关系形象化和阐述方便，将它们分别集中起来画出土的三相示意图如下:

图中的参数意义如下： 

V—土的总体积，cm³；

 m—土的总质量，g；

V_s—土中固体颗粒实体的体积，cm³；

m_s—土的固体颗粒质量，g；

 V_v—土中孔隙体积，cm³；

 m_w—土中液体的质量，g；

V_w—土中液体的体积，cm³；

 m_a—土中空气的质量，（m_a=0）；

V_a—土中气体的体积，cm³。

 

1.三个基本的三相比例指标

三个基本指标是必须通过试验测定的，它们是含水量，天然密度和土粒密度。

（1）土粒密度

土粒密度是指固体颗粒的质量与其体积之比，即单位体积土粒的质量。

      土粒密度大小决定于土粒的矿物成分，与土的孔隙大小和含水多少无关，它的数值一般在2.60~2.80g/cm³之间（如下表）。一情况下，随有机质含量增多而减小，随铁镁质矿物增多而增大。它是土中各种矿物密度的加权平均值。

     各种主要类型土的土粒密度（g/cm³）

土的种类	常见值	平均值
砾类土	2.65~2.75
砂类土	2.65~2.70	2.66
粉土	2.65~2.70	2.68
粉质粘土	2.68~2.73	2.71
粘土	2.72~2.76	2.74

土粒度密度是实测指标，可在实验室内直接测定。土粒比重常用比重瓶法测定，事先将比重瓶注满纯水，称瓶加水的质量。

然后把烘干土若干克装入该空比重瓶内，再加纯水至满，称瓶加土加水的质量，按下式计算土粒比重：

 

 

（2）含水量

    土中所含水分的质量与固体颗粒质量之比，以百分数表示，又称土的含水率。

一般所说的含水量指的是天然含水量，土的含水量由于土层所处自然条件（如水的补给、气候、离地下水位的距离等），土层的结构构造（松密程度）以及沉积历史等的不同，其数值相差较大。 一般砂类土的含水量都不会超过40%，以10~30%为常见值，一般粘性土的常见值为20~50%。

    土的孔隙中全被水充满时的含水量，称为饱和含水量w_sat。

    饱和含水量既能反映土孔隙中全部充满水时含水多少，又能反映土的孔隙率大小。

 

（3）天然密度

    天然状态下单位体积土的质量，称天然密度，即：                        

 天然密度的大小取决于矿物成分、孔隙大小和含水情况，综合反映了土的物质组成和结构特征。土越密实，含水量越高，则天然密度就越大，反之就越小。由于自然界土的松密程度与含水量变化较大，故天然密度变化较大，一般值为1.6~2.2g/cm³，小于土粒密度值，它是一个实测指标。

2.特殊条件下土的密度

（1）干密度

土的孔隙中完全没有水时的密度，称土的干密度，指单位体积干土的质量，即　　　　　

干密度与土中含水多少无关，只取决于土的矿物成分和孔隙性。对于某一种土来说，矿物成分是固定的，土的密度大小只取决土的孔隙性，所以干密度能说明土的密实程度。其值越大越密实，反之越疏松。干密度可以实测，但一般用其他指标计算求得，土的干密度一般在 1.4~1.7g/cm³之间。可用来计算孔隙性指标。对填土工程(如堤、坝、路基)常用干密度作为填土压密程度的质量要求指标。

  （2）饱和密度

   土的孔隙完全被水充满时的密度称为饱和密度，是指土孔隙中全部充满液态水时的单位体积土的质量，即

    工程实际中，常将土的密度换算成土的重度，重度等于密度乘以重力加速度g,即

式中的重力加速度常近似取10m/s²,当密度为1.0g/cm³时，则重度为10kN/m³。与天然密度、干密度、饱和密度对应的重度分别称之为

（3）浮密度

处于地下水位以下的土层，如果土层是透水的，此时土受水的浮力作用，土的实际重量将减小，那么这种处于地水位以下的有效密度常特称为土的浮密度，即

浮重度等于土的饱和重度减去水的重度，即

对于同一种土来讲，土的天然重度、干重度、饱和重度、浮重度在数值上有如下关系：

3.描述土的孔隙体积相对含量的指标

（1）孔隙比

    孔隙比指土中孔隙体积与土中固体颗粒总体积的比值，用小数表示，

    土的孔隙比说明土的密实程度，按其大小可对砂土或粉土进行密实度分类。如在《岩土工勘察规范》（GB50021）中，用天然孔隙比来确定粉土的密实度，e<0.75为密实，0.75≤e≤0.9为中密，e>0.9为稍密的粉土。工程实际中，除了用孔隙比评价砂类土或粉土的密实程度外，还用于地基沉降量的计算。土的孔隙比是一个计算指标。   

 

（2）孔隙度

    孔隙度又称孔隙率，指土中孔隙总体积与土的总体积之比，用百分数表示

    土的孔隙度取决于土的结构状态，砂类土的孔隙度常小于粘性土的孔隙度。土的孔隙度一般为27~52%。新沉积的淤泥，孔隙度可达80%。土的孔隙度是一个计算指标。

孔隙度与孔隙比的关系为

 

3）饱和度

    土孔隙中所含水的体积与土中孔隙体积的比值称为土的饱和度，以百分数表示

或天然含水量与饱和含水量之比

饱和度可以说明土孔隙中充水的程度，其数值为0~100%。

干土：S_r=0；饱和土：S_r=100%。

工程实际中，饱和度主要用于评述砂类土的含水状况（或湿度），按饱和度大小常将砂类土划分为如下三种含水状况：

S_r<50%                稍湿的

50%≤S_r≤80%     很湿的

S_r>80%                饱和的

    饱和度是一个计算指标。工程实际中，一般不用饱和度评价粘性土的湿度。  

4.土的指标之间的换算

上述表示土的三相比例关系的指标一共有9个，即：土粒密度、天然密度、干密度、饱和密度、浮密度、含水量、饱和度、孔隙度、孔隙比。它们主要反映了土的密实程度与干湿状态，而且相互之间都有内在联系。其中土粒密度、天然密度、含水量是三个基本实测指标、即通过试验直接测定。其余六个指标均可由三个实测指标换算取得，常称为导出指标或计算指标。

由实测指标换算求取六个导出指标可直接用简单的数学演算方法，如：

应用三相比例关系（简化的三相图），按照各指标的定义来计算导出指标更为简便。

在三 相示意图中，

则各导出指标便很容易求得

    因此只要测得三个实测指标，其余导出指标便可求得，三个基本实测指标的精度直接影响着各导出指标的精度。本小节相关概念列表于下：

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